水文、工程与环境物探(绪论)

1、工程与环境地球物理勘探,Engineering & Environmental Geophysical Exploration,绪论,一、地球物理勘探方法的特点及分类 （1）什么是地球物理勘探？ （2）地球物理勘探的基本特点； （3）地球物理勘探方法的分类。 二、地球物理勘探在水文、工程与环境地 质勘察中的应用 三、水工环物探的特点 四、水工环物探的现状与发展趋势,(1). 什么是地球物理勘探？,地球物理勘探简称为“物探”，是用物理的方法通过观察和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘查方法。它是根据地下岩层在物理性质上的差异并借助一定的装置和专门的物探仪器，测量物理场的空间与时间分布

2、状况，并通过分析和研究物理场的变化规律，结合相关地质资料推断出地下一定深度范围内地质体的分布规律及物理属性，为地质勘探、工程勘察、环境调查及地下资源分布规律的研究提供依据。此外，地球物理探测技术还可用于工程施工质量的检测和监测。,(2). 地球物理勘探方法的基本特点,（1）地球物理勘探是一种间接的勘探方法；,用钻机或其它的机械手段从地下取出岩样来认识地质构 造是直接的勘探方法（或称为侵入方法，invasive method)。 物探无须从地下取出岩样，而是通过使用专门的仪器装备 在地面（或钻孔中）观察由地下介质引起的某种物理场的 分布状态，收集和记录某些物理信息随空间或时间的变化， 并对这些信

3、息的分布特征作出解释和推断，从而揭示地球 内部介质物理状态的空间变化和分布规律，以此来了解矿 产资源的分布及赋存状态、查明地质构造；在工程勘察与 检测方面不会对勘探对象造成破坏。,(2)物探工作具有效率高、成本低的特点；,以往的物探工作为矿产资源的调查、水文地质及工程地质工作提供了大量的、获得实践检验的重要资料；尤其是在覆盖地区对研究地质构造、指导勘探、成井等方面发挥了重要作用，加快了勘探速度，降低了施工成本，提高了水文地质钻孔的成井率。 在工程勘察方面正确采用物探的方法，不仅可以减少钻探工作量，而且还能提高勘探精度。,（3）物探工作相对而言能从整体上了解隐伏的勘探目标的全貌，避免钻孔勘探一孔

4、之见的弱点；,物探工作能提供勘探区域内二维、甚至三维 的地下岩溶分布状态，克服钻孔一孔之见的 具限性。跨孔声波、电磁波透视法能了解两孔 之间的岩体的完整性，能从整体上评价岩体的 完整性与基础的稳定性。,（4）物探工作有其自身的局限性，物探方法的应用具有条件性；,物探方法的应用总是受到一定的地质及地球物理条件的限制。物探工作能否有效地解决地质问题，首先决定于探测对象与围岩之间是否存在物理性质上的差异以及使物理场分布状态及强度发生足够的变化的体积；即要求探测对象要有一定的规模、且埋深不太大，以产生现代仪器可以发现和圈定的地球物理异常；其次，物探工作的效果还受地形条件的影响、勘探场地的局限、地表覆盖

5、层的性质及厚度、以及勘探现场的噪声与地质环境中的一些干扰体的影响；,（5）物探资料的反演解释具有多解性，其解释结果具有一定的概略性和近似性；,1、多解性： 因为同一物理现象（或者说同一性质的物理场的 分布）可以由多种不同的因素引起。例如，在电法 勘探中，视电阻率的变化可以由被测目标体电阻率 值的变化引起，也可由其体积变化或埋藏深度变化 引起；对其它物探资料异常的反演解释也是如此。 这反映了物探资料解释具有多解性。要克服物探资 料解释的多解性，就必须将其与钻井资料或地质资 料相结合进行推断解释，必须掌握一定的地层岩矿 石的物性参数。,2、近似性及概略性： 影响物探资料解释精度的主要原因有： 物探

6、仪器自身的观测精度总是有一定的限度， 其观测数据必然带有一定的误差； 由于受观测系统的影响和限制，观测数据的 空间有限； 3. 环境因素的干扰 影响使观测数据不准确； 4. 实际地质条件的复杂性以及地质体的物理性质和形状、产状要素的多变性的影响； 5. 正演与反演的数学物理方法的水平有限。,(3). 物探方法的分类,1.按工作原理可分为: 重力勘探(gravimeter method)、 磁力勘探(magnetic method)、 电(磁)法勘探(electric or electromagnetic method)、 地震勘探(seismic method)、 放射性勘探(radioact

7、ivity method)等； 2.按工作场所可分为： 航空物探、地面物探、海洋物探及井中物探；,3.按勘探对象的埋藏深度可分为:深部物探、中深部物探、以及近地表物探； 4.按用途可分为：金属、非金属物探、石油及天然气物探、煤田物探、以及水文、工程、环境物探。 不存在一种对所有地质问题都有效的地球物理方法，各种不同的地球物理方法与技术有一定的互补性；可以综合运用多种地球物理方法解决复杂的地质问题。,二、地球物理方法在水文地质、工程地质及环境地质勘探中的应用,1. 区域性地质调查,其目的是为地区（城市）规划提供第一手资 料。其内容包括：查明区域内主要断裂构造，主要岩土层展布、基岩风化情况，建筑物

8、基础的主要持力层的分布、埋深、厚度和地震小区划等。,2. 工程地质环境调查 为工程选址和工程设计提供基础工程地质资料（包括构造、岩层分布、不良地质现象及岩土力学参数等）；对工程周围可能出现的地质灾害（包括滑坡、岩溶塌陷、泥石流、地下工程的涌水和塌方等）进行预测。,实例,古河道探测GPR 断面,地质雷达滑坡调查剖面,某电站坝基CT测量速度等值线图 等值线间隔为200米/秒，该图表示了横穿河床底部断面的基岩速度分布情况。,3.工程施工质量的检测和监测及工程现状检测 高速公路路面的铺设质量，铁路、公路、及水电站引水隧洞的衬砌质量，洞壁附近岩层中隐藏的地质问题，高填方碎石路基的边坡稳定性等工程施工质量

9、的检测；各类工程建筑的桩基础的质量的无损检测；评价强夯碎石桩复合地基（软基）处理的施工质量；对现有工程（公路、铁路基础、机场跑道，桥梁、隧道，水利设施等）的现状及隐患等进行探查、监测和评价。地下管、线及其它埋设物的探测。,混凝土 浇铸质 量超声 CT检测 结果,钢筋反射,隧道衬砌检测,不密实,隧道衬砌检测,完整摩擦桩理论波形示意图,摩擦缩颈桩理论波形示意图,摩擦扩颈桩理论波形示意图,4.工程施工或巷道掘进过程中的超前预报 如公路、铁路隧道及城市地铁工程施工过程中对掌子面前方不良地质现象（如溶洞、断裂构造带、沙层及软土层）的探查及围岩分级等。 深基坑及坝基开挖时软弱夹层探查，大闸高边坡构造裂隙和

10、卸荷裂隙的探查等。,TSP隧道超前预报,GPR隧道超前预报,GPR隧道超前预报,5.在水文地质调查中的应用,（1）在区域水文地质调查中的应用 （2）在水文地质普查中的应用 （3）应用于寻找山区基岩中的地下水 （4）应用于平原沉积覆盖区找水 （5）在勘定古河道水源中的应用 （6）在探测岩溶储水构造中的应用 （7）在滨海地区寻找淡水资源 （8）勘察地热资源 （9）地下水资源的评价与管理 （10）为水灾治理提供服务,6.在环境地质方面的应用,(1)应用古地磁研究全球古环境与古气候的变迁模式 古地磁学是根据岩石磁性的记忆功能，通过不同年代、不同地层岩石标本的古地磁测定，研究古地磁场的极性变化，从而为地

11、质学及古地理学研究中古环境的恢复提供证据；通过研究古土壤到现代黄土之间磁学性质的详细变化特征，可以揭示古代气候的变化模式。,2）现代环境地质变迁的调查 用地球物理方法探测活动构造，对滑坡进行监测与调查，地面塌陷、地裂缝、地面沉降的成因调查与监测，矿山采空区的探测与圈定等。 城市地下水污染、海水入侵、放射性污染等问题的调查、检测及预报。 用于极地冰川观测,精确测定冰雪覆盖层的厚度及寒冷地区冻土层厚度。,7.考古及文物保护方面的调查,三、水工环物探的特点,（1）大部分对象是浅、小的物体，探查深度从 几十厘米到几十米，要求探测的分辨率高、定量 解释精度高； （2）不仅要求搞清探查对象的分布规律，还要

12、 求查明单个对象（如溶洞）的空间位置； （3）与工程及环境地质工作结合紧密，探查资料 通常要用于设计或施工，时间上衔接紧，这通常 使得探测结论能及时得到验证和反馈，对物探工 作的结论要求高。 （4）探查对象复杂。浅、小的物体规律复杂，近 地表的地质条件和物性也不均匀，各向异性严重， 甚至物性出现连续性渐变的情况。资料的定性及定 量解释带来许多困难。,四、水工环物探的现状与发展趋势,从二十世纪80年代到90年代，水文、工程与环境地球物 理勘探从装备上和技术上都有很大的发展。当前地球物理勘 探所采用的仪器大都已数字化，仪器的测量精度以及野外使 用的方便程度都有相当程度的提高；地球物理资料的现场数 据采集与数据处理大都已实现微机化。一些新的物理参数已 得到广泛应用，